【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电缆火灾检测，特别是一种基于tdlas的电缆火灾早期预警方法及系统。
技术介绍
1、电缆是电力系统的重要组成部分，是联系电力系统各组件的中间环节，电缆的安全运行与否，直接关系到电力系统的稳定性。我国辽土广阔，电缆服役工作环境复杂，会受到强电、强热、磁场、潮湿和机械力等不利因素的影响，一般电缆使用年限在10～60年不等，长期工作在这种复杂环境下，会加速电缆老化，极易引起电缆火灾，调查发现，50％的电气火灾是由电缆燃烧引起的。
2、国家标准《火灾自动报警系统设计规范》推荐合理设置火灾自动报警系统避免严重电气火灾的发生，主流的电缆火灾报警器有热电偶温度传感器、光纤感温火灾探测器、红外传感器、烟雾报警器等。热电偶温度传感器的有效检测范围很小，光纤感温火灾探测器的准确度高，但是价格高昂，同时，研究表明，温度并不能完全有效的反应电缆引燃的早期过程。烟雾报警器虽然价格便宜，但易受到电磁、灰尘等环境因素的干扰，准确率不高，而且一般当烟雾报警器动作时，电缆已发生较为严重的延燃。电缆火灾的被分为多个阶段，逐渐从异常高温发展成猛烈燃烧的明火。而电缆的绝缘层和护套层由聚合物和添加剂组成，在受热时其分子链断裂，会产生能够被检测到的特殊气体。
3、根据检测原理，气体传感器可以分为催化燃烧式、半导体式、电化学式和红外激光式四种，对这四种传感器的检测原理、优缺点、应用领域进行总结，如表所示：
4、
5、
6、虽然，针对电缆火灾特征气体的气体传感器种类较多，但传感器缺点较为明显，需要找到一
7、在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种基于tdlas(可调谐半导体激光吸收光谱)的电缆火灾早期预警方法及系统，利用激光波长的可调谐性，获取待测气体特征吸收的光谱谱线进行定量分析，具有响应速度更快、准确度更高、抗干扰能量更强。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现，一种基于可调谐半导体激光吸收光谱的电缆火灾预警系统包括，
3、电缆火灾早期气体气室，其包括导入电缆火灾产生的特征气体的进气口和连接气泵的出气口；
4、激光控制光源模块，其照射所述电缆火灾早期气体气室，激光控制光源模块包括将调制信号转换为电流信号的高频调制电路和分布式反馈激光器；
5、锁相放大器，其连接激光控制光源模块，所述锁相放大器产生扫描锯齿信号与高频正弦信号叠加的调制信号，高频调制电路将调制信号转换为电流信号以控制分布式反馈激光器的波长在预定范围内扫描，寻找波长在所述预定范围附近的特征气体，当激光波长与特征气体的吸收谱线相同时，电缆火灾早期气体气室内气体吸收激光能量，造成出激光强度衰减，
6、光电探测器，其位于电缆火灾早期气体气室相对于所述激光控制光源模块的一侧以采集激光束且生成电信号；
7、前置放大器，其连接所述光电探测器和锁相放大器，前置放大器放大所述电信号且利用锁相放大器提取所述电信号的高次谐波以计算特征气体的体积分数；
8、数据采集单元，其连接所述锁相放大器以采集高次谐波数据，
9、上位机，其连接所述数据采集单元以基于所述高次谐波数据得到特征气体的浓度。
10、所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱的电缆火灾预警系统中，还包括用于获得电缆火灾产生的特征气体的电缆热老化平台，电缆热老化平台包括，
11、烘箱，其加热待测电缆生成电缆火灾产生的特征气体，
12、同步热分析红外气质联用仪，其连接烘箱以得到特征气体的红外光谱数据。
13、所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱的电缆火灾预警系统中，电缆火灾产生的特征气体包括co、co2、ch4、c2h4、c2h6、hcl或vocs气体。
14、所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱的电缆火灾预警系统中，所述红外光谱数据的范围为1579.57-1653.32mm，线强为1.436×10-23cm·mol-1至6.47×10-21cm·mol-1。
15、所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱的电缆火灾预警系统中，所述激光控制光源模块还包括连接分布式反馈激光器的激光器驱动器和用于选择预定波长的激光器选择器。
16、所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱的电缆火灾预警系统中，所述数据采集单元经由a/d转换单元连接锁相放大器。
17、所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱的电缆火灾预警系统中，所述上位机包括数据储存单元和数据处理器。
18、所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱的电缆火灾预警系统中，所述数据处理器包括中央处理器。
19、预警方法包括以下步骤，
20、导入电缆火灾产生的特征气体到电缆火灾早期气体气室，
21、激光控制光源模块照射所述电缆火灾早期气体气室的特征气体，其中，锁相放大器产生扫描锯齿信号与高频正弦信号叠加的调制信号，高频调制电路将调制信号转换为电流信号以控制分布式反馈激光器的波长在预定范围内扫描，寻找波长在所述预定范围附近的特征气体，当激光波长与特征气体的吸收谱线相同时，电缆火灾早期气体气室内气体吸收激光能量，造成出激光强度衰减，
22、光电探测器采集激光波长与特征气体的吸收谱线相同的激光束且生成电信号；
23、前置放大器放大所述电信号且利用锁相放大器提取所述电信号的高次谐波数据以计算特征气体的体积分数，基于所述高次谐波数据得到特征气体的浓度以进行预警。
24、预警方法中，高次谐波数据包括二次谐波信号强度，线性拟合得到标准特征气体的浓度与二次谐波信号强度之间的拟合关系式，将待测火灾特征气体对应的二次谐波信号强度代入拟合关系式，得待测火灾特征气体的浓度。
25、和现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱的电缆火灾预警系统的可调谐半导体激光吸收光谱(tunable diode laserabsorption spectroscopy，tdlas)是一种高分辨率、高灵敏度的光谱分析技术，主要用于气体浓度的检测和测量。tdlas利用激光波长的可调谐性，获取待测气体特征吸收的光谱谱线进行定量分析，由于tdlas技术具有极高的光谱分辨率和灵敏度，因此可以实现对火灾初期微量气体的精准探测；实时性：系统能够实时监测电缆周围的环境变化，一旦发现异常，可以立即发出警报，为火灾防控争取宝贵的时间；抗干扰能力强：由于激光的穿透性强，不易受环境因素的影响，因此系统具有较强的抗干扰能力。
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1.一种基于可调谐半导体激光吸收光谱的电缆火灾预警系统，其特征在于，其包括，
2.根据权利要求1所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱的电缆火灾预警系统，其特征在于，优选的，还包括用于获得电缆火灾产生的特征气体的电缆热老化平台，电缆热老化平台包括，
3.根据权利要求1所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱的电缆火灾预警系统，其特征在于，电缆火灾产生的特征气体包括CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、HCl或VOCs气体。
4.根据权利要求2所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱的电缆火灾预警系统，其特征在于，所述红外光谱数据的范围为1579.57-1653.32mm，线强为1.436×10-23cm·mol-1至6.47×10-21cm·mol-1。
5.根据权利要求1所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱的电缆火灾预警系统，其特征在于，所述激光控制光源模块还包括连接分布式反馈激光器的激光器驱动器和用于选择预定波长的激光器选择器。
6.根据权利要求1所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱的电缆火灾预警系统，其特征在于，所述数据采集单元经
7.根据权利要求1所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱的电缆火灾预警系统，其特征在于，所述上位机包括数据储存单元和数据处理器。
8.根据权利要求7所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱的电缆火灾预警系统，其特征在于，所述数据处理器包括中央处理器。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱的电缆火灾预警系统的预警方法，其特征在于，其包括以下步骤，
10.根据权利要求9所述的预警方法，其特征在于，高次谐波数据包括二次谐波信号强度，线性拟合得到标准特征气体的浓度与二次谐波信号强度之间的拟合关系式，将待测火灾特征气体对应的二次谐波信号强度代入拟合关系式，得待测火灾特征气体的浓度。
...【技术特征摘要】
1.一种基于可调谐半导体激光吸收光谱的电缆火灾预警系统，其特征在于，其包括，
2.根据权利要求1所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱的电缆火灾预警系统，其特征在于，优选的，还包括用于获得电缆火灾产生的特征气体的电缆热老化平台，电缆热老化平台包括，
3.根据权利要求1所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱的电缆火灾预警系统，其特征在于，电缆火灾产生的特征气体包括co、co2、ch4、c2h4、c2h6、hcl或vocs气体。
4.根据权利要求2所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱的电缆火灾预警系统，其特征在于，所述红外光谱数据的范围为1579.57-1653.32mm，线强为1.436×10-23cm·mol-1至6.47×10-21cm·mol-1。
5.根据权利要求1所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱的电缆火灾预警系统，其特征在于，所述激光控制光源模块还包括连接分布式反馈激光器的激光...
【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，苏小婷，柳树青，朱恺，吕亮，南海，任敏哲，李昆霖，杨晓宇，盖净，李少斌，贾䔝蕊，马媛媛，张莉，赵力，陈荣，陈聪，
申请(专利权)人：国网陕西省电力有限公司西安供电公司，
类型：发明
国别省市：
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